名詞/術(shù)語

1、SPI:Solder Pasting Inspection的簡稱,即焊膏涂敷檢測。

2、AOI:Automated Optical Inspection的簡稱,即自動光學檢查。

3、AXI:Automatic X-ray Inspection的簡稱,俗稱X-ray,即自動X射線檢查。

4、ICT:In—Circuit—Tester的簡稱,即自動在線檢測儀。

5、FP:Flying Probe的簡稱,即飛針檢測。

6、FT:FunctionalTester的簡稱,即功能檢測。

7、比對卡:一種檢查PCB插件或焊接結(jié)束后缺件、錯件、極性相反等組裝缺陷的簡易工裝,在薄片狀防靜電材料上對應于PCB通孔插裝器件的位置打上相應形狀的孔,將其放在插裝完成的PCB板上便可以簡易地目測插裝器件的正確與否。

一、PCBA檢測工藝流程

PCBA檢測工藝總流程如圖所示:

PCBA檢測工藝總流程

注:各種檢測方法對應的檢測設備及安裝布局一般分為在線(串聯(lián)在流水線中)和離線(獨立于流水線外)兩種。在以下條件前提下應優(yōu)先采用在線檢測工藝布局以提高檢測效率和流水線作業(yè)效率:

二、檢測技術(shù)∕工藝概述

適用于PCBA產(chǎn)品的檢測技術(shù)主要可以分為:焊膏涂敷檢測SPI、自動光學檢查AOI、自動X光檢測AXI、在線檢測ICT、飛針檢測FP,以及功能檢測FT等。

1、自動光學檢查(AOI)

檢測原理:AOI檢測儀自動檢測時,機器通過攝像頭自動掃描PCB,采集圖像,檢測的焊點與數(shù)據(jù)庫中的合格的參數(shù)進行比較,經(jīng)過圖像處理,檢查出PCB上缺陷,并通過顯示器或自動標志把缺陷顯示/標示出來,供維修人員修整;

檢測的功能與特點:

1)自動光學檢查(AOI) 運用高速高精度視覺處理技術(shù)自動檢測PCB板上各種不同貼裝錯誤及焊接缺陷。PCB板的范圍可從細間距高密度板到低密度大尺寸板,并可提供在線檢測方案,以提高生產(chǎn)效率及焊接質(zhì)量;

2)通過使用AOI作為減少缺陷的工具,在裝配工藝過程的早期查找和消除錯誤,以實現(xiàn)良好的過程控制。早期發(fā)現(xiàn)缺陷將避免將不合格產(chǎn)品送到隨后的裝配階段,AOI將減少修理成本,避免報廢不可修理的PCB。

2、AOI 檢查內(nèi)容:

1)檢查頂面回流焊接元件;

2)檢查波峰焊接前通孔元件;

3)檢查波峰焊接之后的通孔及SMD/SMC;

4)檢查壓入配合之前的連接器引腳;

5)檢查壓入配合之后的連接器引腳。

3、檢測監(jiān)控點的設置。

AOI可應用于生產(chǎn)線上的多個檢測點,但有三個檢測點是主要的,即焊膏印刷之后、回流焊前、回流焊后:

1)焊膏印刷之后。如果焊膏印刷過程滿足要求,由印刷缺陷引起的焊接缺陷將大幅度減少。典型的印刷缺陷包括以下幾點:

焊盤上焊膏不足;焊盤上焊膏過多;焊膏對焊盤的重合不良;焊盤之間的焊錫橋。

此檢測點的檢查最直接地支持過程跟蹤。這個階段的定量過程控制數(shù)據(jù)包括印刷偏移和焊錫量信息及有關印刷焊膏的定性信息;

2)回流焊前。此檢測點的檢查是在元件貼裝完成后和PCB送入回流爐之前完成的。這是一個典型的檢測點,可發(fā)現(xiàn)來自焊膏印刷以及機器貼放的大多數(shù)缺陷。在這個位置產(chǎn)生的定量的過程控制信息,提供高速片機和細間距元件貼裝設備校準的信息。

這個信息可用來修改元件貼放數(shù)據(jù)或表明貼片機需要校準。這個檢測點的檢查滿足過程跟蹤的目標。

3)回流焊后。此檢測點在SMT工藝過程的最后步驟進行檢查,是AOI最主要的檢測點,可發(fā)現(xiàn)全部的裝配錯誤?;亓骱负髾z查可提供高度的安全性,可識別由焊膏印刷、元件貼裝和回流過程引起的錯誤。

雖然各個檢測點可檢測不同特點的缺陷,但AOI檢查設備應放到一個可以盡早識別和改正最多缺陷的檢測位置。

三、在線檢測 (ICT)

1、檢測原理。

ICT 檢測主要是檢測探針接觸PCB編排出來的檢測點來檢測PCBA的線路開路、短路、所有元器件的焊接情況。并能準確標識PCBA的故障位置(對組件的焊接檢測有較高的識別能力)。

2、檢測的功能與特點:

1)能夠在短短的數(shù)秒鐘內(nèi),全檢出組裝電路板上的元器件:電阻、電容、電感、電晶體、FET(場效應管)、LED(發(fā)光二極管)、普通二極管、穩(wěn)壓二極管、光藕、IC等,是否符合設計要求;

2)能夠先期找出制程不良所在,如線路短路、斷路、組件漏件、反向、錯件、空焊等問題,回饋到制程的改善;

3)能夠通過打印機將上述檢測到的故障或錯誤信息打印輸出,這些信息主要包括故障位置、零件標準值、檢測值,以供維修人員參考。可以有效降低人員對產(chǎn)品技術(shù)依賴度,不需對產(chǎn)品線路了解,同樣有維修能力;

4)能夠檢測缺陷信息并統(tǒng)計輸出,生產(chǎn)管理人員加以分析,便可以找出各種不良的產(chǎn)生原因,包括人為的因素在內(nèi),使之逐個解決、完善、指正,從而提升PCBA制造能力。

三、飛針檢測(FP)

1、檢測原理:

1)飛針檢測的開路檢測原理和ICT的檢測原理是相同的,通過兩根探針同時接觸網(wǎng)絡的端點進行通電,所獲得的電阻與設定的開路電阻比較,從而判斷開路與否。但短路檢測原理與ICT的檢測原理是不同的;

2)由于檢測探針有限(通常為40032根探針),同時接觸板面的點數(shù)非常小(相應40032點),若采用電阻測量法,測量所有網(wǎng)絡間的電阻值,那么對具有N個網(wǎng)絡的PCB而言,就要進行N2/2次檢測,加上探針移動速度有限,一般為10點/秒~50點/秒,故飛針檢測的效率相對比較低。

2、檢測的功能與特點:

1)檢測密度高,最小間距可達0.05mm甚至更小;

2)無夾具成本;

3)檢測針容易損壞;

4)檢測速度慢;

5)耐壓無法檢測,高層次高密度板檢測有較大風險。

3、飛針檢測可以通過消除傳統(tǒng)檢測夾具方法的需要,減少生產(chǎn)裝配到達市場的時間。

通過取消夾具,飛針檢測儀消除了夾具硬件與軟件開發(fā)的高成本。飛針檢測對于原型裝配的檢測和減少從小批量到大批量的時間,是一個非常好的方法。

四、自動X射線檢查(AXI )

1、檢測原理:

當PCBA沿導軌進入機器內(nèi)部后,位于線路板上方有一X射線發(fā)射管,其發(fā)射的X射線穿過線路板后被置于下方的探測器(一般為攝像機)接受,由于焊點中含有可以大量吸收X射線的鉛,因此與穿過玻璃纖維、銅、硅等其它材料的X射線相比,照射在焊點上的X射線被大量吸收,而呈黑點產(chǎn)生良好圖像,使得對焊點的分析變得相當直觀,故簡單的圖像分析算法便可自動且可靠地檢驗焊點缺陷;

2、檢測的功能與特點:

1)AXI技術(shù)的3D檢驗法可對線路板兩面的焊點獨立成像;

2)3D X射線技術(shù)除了可以檢驗雙面貼裝線路板外,還可對那些不可見焊點如BGA等進行多層圖像“切片”檢測,即對BGA焊接連接處的頂部、中部和底部進行徹底檢驗;同時利用此方法還可測通孔焊點,檢查通孔中焊料是否充實,從而極大地保證了焊點連接質(zhì)量;

3)AXI技術(shù)是相對比較成熟的檢測技術(shù),其對工藝缺陷的覆蓋率很高,通常達97%以上;而工藝缺陷一般要占總?cè)毕莸?0%~90%,并可對不可見焊點進行檢查;

4)AXI技術(shù)不能檢測電路電氣性能方面的缺陷和故障。

五、功能檢測 (FT)

1、功能檢測可以檢測整個系統(tǒng)是否能夠?qū)崿F(xiàn)設計目標,它將線路板上的被測單元作為一個功能體,對其提供輸人信號,按照功能體的設計要求檢測輸出信號。這種檢測是為了確保線路板能否按照設計要求正常工作。所以功能檢測最簡單的方法,是將組裝好的專用線路板連接到該設備的適當電路上,然后加電壓,如果設備正常工作,就表明線路板合格。這種方法簡單、投資少,但不能自動診斷故障。

六、焊膏涂敷檢測(SPI)

1、焊膏涂敷檢測(SPI),用于檢測焊膏印刷質(zhì)量,通常的檢測設備為2D/3D焊膏涂敷檢測儀(因3D焊膏涂敷檢測儀在實際運用中比2D焊膏檢測儀獲取的檢測信息更全面、控制更有效,故在條件許可的前提下,通常優(yōu)先選用3D焊膏涂敷檢測儀)。

七、其它檢測方法

1、在檢測工藝過程中,對產(chǎn)品制程和產(chǎn)品質(zhì)量不產(chǎn)生負面影響的前提下,允許使用其它非常規(guī)檢測方法;

八、組合檢測工藝方案

1、每種檢測技術(shù)都有各自的長處和短處。

選擇合適的組合檢測方案是對時間-市場,時間-產(chǎn)量以及時間-利潤等諸多因素的綜合考慮,在產(chǎn)品的不同生產(chǎn)周期要求有不同的檢測工藝方案;

2、PCBA生產(chǎn)可大致分為三個周期:新產(chǎn)品原型制造、試生產(chǎn)、批量生產(chǎn),這三個周期的檢測工藝方案應分別制定;

新產(chǎn)品原型制造

新產(chǎn)品原型的檢測一般結(jié)合工藝參數(shù)調(diào)整、時間性、經(jīng)濟性、可靠性進行規(guī)劃

1)焊膏涂覆檢查(SPI):利用2D/3D焊膏檢測儀(優(yōu)先采用3D焊膏檢測儀)對全部或關鍵焊膏涂覆點(如細間距、超細間距器件)進行檢測,并提取、記錄焊膏參數(shù)值。原型制造階段,在時間短促的情況下允許使用目檢代替SPI檢測設備檢測。

2)飛針檢測(FP):原型產(chǎn)品生產(chǎn)數(shù)量有限,時間要求緊,而飛針式在線檢測儀不用制作針床、夾具,省去了這個環(huán)節(jié)的工作和時間,可直接從CAD系統(tǒng)接受PCB設計數(shù)據(jù)自動生成相應的檢測程序,最適宜進行組裝焊接后檢查工作。

3)功能檢測(FT):功能檢測主要是驗證產(chǎn)品設計指標并加以調(diào)試,可以發(fā)現(xiàn)元器件失效、電原理設計合理性等問題。

對于有BGA、flip-chip(倒裝芯片)封裝器件產(chǎn)品的原型生產(chǎn),應在能力允許條件下在飛針檢測前再利用X光檢測儀對該類型器件的焊點或關鍵焊點進行檢測,以保證焊點內(nèi)在質(zhì)量。

3、試生產(chǎn)

試生產(chǎn)的主要目的是驗證工藝參數(shù)穩(wěn)定性,原型產(chǎn)品生產(chǎn)的檢測完全適用于試生產(chǎn)階段。

4、批量生產(chǎn)

批量生產(chǎn)可分為大、中、小三類,在數(shù)量概念上沒有確切的規(guī)定。

大批量生產(chǎn)

1)大批量的生產(chǎn)是最經(jīng)濟的生產(chǎn)模式,在完成組裝生產(chǎn)所有準備條件后,應當用較高級的自動檢測設備代替人工檢測工作,保證產(chǎn)品組裝質(zhì)量受到嚴格監(jiān)測,提高生產(chǎn)線和檢測效率,增加投資回報率。若沒有類似BGA、flip-chip(倒裝芯片)封裝器件組裝的產(chǎn)品生產(chǎn),AOI可以取代X光檢測降低生產(chǎn)及檢測成本;

2)對于組裝產(chǎn)品工藝要求焊膏印刷質(zhì)量嚴格控制情況下,還應在X光自動檢測前面設置3D焊膏涂敷檢測儀,對每塊PCB焊膏印刷情況進行檢查,以保證絲印機印刷效果的一致性,保障印刷工藝參數(shù)隨時根據(jù)情況進行調(diào)整。

中、小批量生產(chǎn):

中、小批量生產(chǎn)的產(chǎn)品生產(chǎn)周期縮短,檢測方案從可靠性、可信度、質(zhì)量、經(jīng)濟性角度出發(fā),針對一般元器件組裝產(chǎn)品和特殊封裝器件組裝產(chǎn)品兩大類分別進行考慮,通常含有特殊封裝器件的產(chǎn)品應優(yōu)先采用較高級別的檢測方法,如AXI等。此兩類器件的分類如下;

1)一般元器件組裝產(chǎn)品:最復雜器件為細間距、超細間距QFP(四側(cè)引腳扁平封裝器件)等;

2)特殊封裝器件組裝產(chǎn)品:包括BGA、flip-chip(倒裝芯片)等表面看不到焊點或平均焊點密度很高,無檢測電路存在。